DE10236942A1

DE10236942A1 - Blechpaket für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE10236942A1
Application number: DE10236942A
Authority: DE
Inventors: Jörg Müller; Rolf Vollmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US6858965B2; US20040075359A1

Abstract

Sogenannte Oberwellenmotoren, bei denen die Rotorpolzahl einem ganzen Vielfachen der Statorgrundpolzahl entspricht, sollen mit einfach montierbaren Statoren ausgestattet werden. Hierzu wird eine Blechpaketanordnung verwendet, die ein im Wesentlichen zylinderförmiges Sternblechpaket (20), das an seinem Außenumfang verteilt mehrere Polköpfe (21, 22) aufweist und ein im Wesentlichen zylinderförmiges Jochblechpaket (10), das über dem Sternblechpaket (20) koaxial mit diesem angeordnet ist, aufweist. Das Jochblechpaket (10) besitzt dabei radial nach innen weisende Polzähne (12, 13), so dass jeder der Polköpfe (21, 22) radial angrenzend an einem jeweiligen der Polzähne (12, 13) angeordnet ist. Wicklungen werden auf die Polzähne (13) aufgebracht, bevor die Zahnkopfhülse bzw. das Sternblechpaket (20) in das Jochblechpaket (10) gefügt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blechpaketanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Stator einer Synchronmaschine, mit einem im Wesentlichen-zylinderförmigen Sternblechpaket, das an seinem Außenumfang verteilt mehrere Polköpfe aufweist, und einem im Wesentlichen zylinderförmigen Jochblechpaket, das radial über dem Sternblechpaket koaxial mit diesem angeordnet ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine mit einer derartigen Blechpaketanordnung.
An die Statoren von sogenannten Oberwellenmotoren werden besondere Anforderungen gestellt. Dabei werden als Oberwellenmotoren Motoren bezeichnet, bei denen die Rotorpolzahl einem ganzen Vielfachen, z. B. 2, 4, 5 oder 7, der Statorgrundpolzahl entspricht. Die Statorzähne solcher Oberwellenmotoren sollten hohe und breite Zahnköpfe besitzen und die Statornuten eine hohe Kupferfüllung haben.

In diesem Zusammenhang sind Statorblechpakete mit Nutschlitzen zwischen den Zahnköpfen bekannt, bei denen zur Fertigung des jeweiligen Stators die Wicklung durch die Nutschlitze eingezogen wird. Nachteilig ist bei dieser Technik jedoch, dass eine hohe Kupfernutfüllung nicht erreicht werden kann.

In der europäischen Patentanmeldung EP 0 849 857 A1 ist eine gattungsgemäße Blechpaketanordnung beschrieben. Das Statorblechpaket besteht aus einem inneren Sternpaket, das mit Polspulen bewickelt wird, und einem äußeren Jochpaket, das über das bewickelte, innere Sternpaket gepresst wird. Die Nuträume werden mit einem geeigneten Harz ausgegossen. Nach dem Aushärten des Harzes wird die Statorbohrung ausgedreht, bis einzelne Polschuhe bestehen, d.h. bis die Nutschlitze vorhanden sind. Nachteilig an diesem Aufbau ist jedoch, dass die benötigten Passungen an den Verbindungsstellen zwischen Sternpaket und Jochpaket stanztechnisch nur dadurch erreicht werden, dass die Statorjochhöhe ungleichmäßig ist, was zu kleineren Nutflächen führt, als sie notwendig wären.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Blechpaketanordnung vorzuschlagen, die eine hohe Nutfüllung zulässt und problemlos gefügt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Blechpaketanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Stator einer Synchronmaschine, mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Sternblechpaket, das an seinem Außenumfang verteilt mehrere Polköpfe aufweist, und einem im Wesentlichen zylinderförmigen Jochblechpaket, das sich in einem Montagezustand befindet und dabei radial über dem Sternblechpaket koaxial mit diesem angeordnet ist, wobei das Jochblechpaket radial nach innen weisende Polzähne aufweist, so dass jeder der Polköpfe radial angrenzend an einem jeweiligen der Polzähne angeordnet ist.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, ein Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Stator einer Synchronmaschine, durch Bereitstellen eines im Wesentlichen zylinderförmigen Jochblechpakets, das radial nach innen weisende Polzähne aufweist, Aufbringen von Wicklungen auf zumindest eine Teilmenge der Polzähne, Bereitstellen eines im Wesentlichen zylinderförmigen Sternblechpakets, das an seinem Außenumfang verteilt mehrere Polköpfe aufweist, und Fügen des Sternblechpakets in das Jochblechpaket durch koaxiales Anordnen und Ineinanderschieben beider Blechpakete, so dass jeder der Polköpfe radial angrenzend an einem jeweiligen der Polzähne angeordnet ist.

In vorteilhafter Weise gewährleistet die erfindungsgemäße Blechpaketanordnung neben der hohen Nutfüllung auch eine gleichmäßige Statorjochhöhe, weil die benötigten Passungen im Bereich der Zahnköpfe und Nutflächen gestanzt werden können.

Vorteilhafterweise entspricht die Anzahl der Polköpfe der Anzahl der Polzähne. Durch die Polköpfe wird nicht nur der magnetische Wirkungsgrad erhöht, sondern auch die für Oberwellenmotoren notwendige Phasenverschiebung hinreichend gewährleistet.

Vorzugsweise sind die Polköpfe in Umfangsrichtung des Sternblechpakets nur in jedem n-ten Blech miteinander verbunden. Aus magnetischer Sicht sollten die Polköpfe zwar nicht verbunden sein, aber diese mechanische Verbindung ist notwendig, um das Sternblechpaket mit den Polköpfen als Zahnkopfhülse für eine vereinfachte Montage aufbauen zu können. Es genügt, die Zahnköpfe in jedem vierten bis achten, vorzugsweise jedem sechsten, Blech miteinander zu verbinden.

Die Polzähne des Jochblechpakets haben in Umfangsrichtung abwechselnd schmale und breite Abmessungen. Diese Abmessungen erweisen sich für Oberwellenmotoren als günstig.

Die schmalen Polzähne können am freien Ende schwalbenschwanzförmig und die korrespondierenden Polköpfe mit einem entsprechenden dreieckförmigen, radial nach außen weisenden Vorsprung ausgebildet sein. Damit können die Polköpfe formschlüssig auf die Polzähne gefügt werden, was dem Sternblechpaket und dem Jochblechpaket gegeneinander tangentialen Halt verleiht.

Ebenso können die breiten Polzähne einen radial nach innen gerichteten Vorsprung und die korrespondierenden Polköpfe eine entsprechende Einkerbung besitzen. Auch dies dient zur tangentialen Fixierung der beiden Blechpakete gegeneinander.

Vorteilhafterweise kann ein Einzelblech des Jochblechpakets und ein Einzelblech des Sternblechpakets in einem gegenüber dem Montagezustand gegeneinander um die gemeinsame Drehachse verdrehten Zustand aus einem einzigen Blech gestanzt werden. Dies reduziert nicht nur die Materialkosten, sondern auch die Stanzzeit.

Günstigerweise werden die Bleche unmittelbar beim Stanzen zu einem bzw. zwei Blechpaketen, dem Sternblechpaket und dem Jochblechpaket zusammengeführt.

Vorzugsweise lässt sich mit dem dargestellten Blechpaket ein Stator realisieren, bei dem auf die breiteren Polzähne Wicklungen aufgebracht sind und anschließend das Sternblechpaket bzw. die Zahnkopfhülse in das Jochblechpaket eingefügt wird.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Teil eines Jochblechpakets;
2 einen Teil eines Sternblechpakets;
3 ein gesamtes Blechpaket im montierten Zustand;
4 eine Draufsicht auf ein Blech eines Jochblechpakets und ein Blech eines Sternblechpakets in der Stanzposition, sowie einen vergrößerten Ausschnitt davon;
5 eine Draufsicht auf die einzelnen beim Stanzen gewonnenen Bleche.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar.
In 1 ist ein Abschnitt eines Jochblechpakets für den Stator eines Oberwellenmotors dargestellt. Das Jochblechpaket 10 besteht aus einer Vielzahl hintereinander angeordneter Einzelbleche 100, die jeweils einen Jochabschnitt 11 und abwechselnd am Umfang verteilt nach innen ragende schmale Polzähne 12 und breite Polzähne 13 aufweisen. Die schmalen Polzähne 12 sind am freien Ende schwalbenschwanzförmig ausgebildet. Die breiten Polzähne 13 hingegen weisen an ihrem freien Ende abgephaste Kanten auf.
2 zeigt ein zu dem Jochblechpaket 10 passendes Sternblechpaket 20, das auch als Zahnkopfhülse oder inneres Ständerpaket bezeichnet werden kann. Ein schmaler Zahnkopf 21, der sich in Längsrichtung entlang der Rotationsachse des inneren Ständerblechpakets 20 erstreckt, besitzt nach außen weisend einen dreieckförmigen Vorsprung, der formschlüssig in das freie Ende des schmalen Polzahns 12 eingefügt werden kann. Ein breiter Zahnkopf 22, der ebenfalls von dem inneren Ständerblechpaket 20 nach außen ragt und sich in seiner Längsrichtung entlang der Rotationsachse des Ständerblechpakets erstreckt, besitzt eine entsprechend dem freien Ende des breiten Zahnkopfs 13 gephaste Einkerbung in seiner gesamten Länge.
Die Einzelbleche 200, 201, 202 des inneren Ständerblechpakets 20 sind nicht alle identisch. Vielmehr ist nur jedes sechste Blech 200 geschlossen, d. h. jeder Zahnkopf ist mit seinen benachbarten Zahnköpfen verbunden. Die dazwischen liegenden Bleche 201, 202 der Zahnköpfe 21, 22 sind mit ihren in Umfangsrichtung benachbarten Zahnkopfblechen 201, 202 nicht verbunden und werden durch Stanzpaketierhilfen 30 (vgl. 4) fixiert. Somit ergibt sich aus der Anordnung der Blechpakete der schmalen und breiten Zahnköpfe 21 und 22 in Umfangsrichtung eine Zahnkopfhülse 20, die ausreichende Stabilität in Umfangsrichtung aufweist.
In 3 sind das gesamte äußere Ständerblechpaket 10 und das gesamte innere Ständerblechpaket 20 (Zahnkopfhülse) im montierten Zustand wiedergegeben. Lediglich die auf die breiten Zahnköpfe aufzubringenden Wicklungen sind nicht dargestellt. Deutlich ist jedoch zu erkennen, dass jeder Polzahn 12, 13 mit dem jeweiligen Zahnkopf 21, 22 radial ausgerichtet ist.
4 zeigt demgegenüber die Position eines Einzelblechs 100 des Jochblechpakets 10 und eines Einzelblechs 200 des Sternblechpakets 20 wie sie beim Stanzen angeordnet sind. Die beiden Einzelbleche 100 und 200 sind gegeneinander um die gemeinsame Drehachse um eine halbe Polteilung versetzt. Der vergrößerte Abschnitt Z in der Zeichnung gibt dies deutlicher wieder. Der Vorteil dieses Versatzes ist, dass die für die Passung notwendigen Stanzungen im Bereich der Nutflächen des jeweilig anderen Blechs liegen und somit die Stanztoleranzen beliebig gewählt werden können, ohne das andere Blech an Stellen zu beeinflussen, die für die Fügepassung maßgeblich sind.
Ergänzend sind in 5 die Einzelbleche dargestellt, die für das Jochblechpaket 10 und das Sternblechpaket 20 ausgestanzt werden. Sämtliche Blechteile sind, wie bereits erwähnt, zur axialen Fixierung mit Stanzpaketierhilfen 30 versehen. Das in 5A dargestellte Jocheinzelblech 100 und das in 5C dargestellte Zahnkopfeinzelblech 200, bei dem die benachbarten Zähne in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind, sind bereits in Zusammenhang mit 4 erläutert. In 5B ist hingegen das Stanzprodukt dargestellt, das sich ergibt, wenn die einzelnen Zahnkopfbleche 201 und 202 voneinander getrennt werden. Die Zahnkopfanordnung auf dem fiktiven Umfang entspricht der des geschlossenen Blechs 200 in FIG SC. Jedes schmale Zahnkopfeinzelblech 201 weist eine Stanzpaketierhilfe 30 auf, jedes breite Zahnkopfeinzelblech 202 zwei Stanzpaketierhilfen 30.

Claims

Blechpaketanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Stator einer Synchronoberwellenmaschine, mit – einem im Wesentlichen zylinderförmigen Sternblechpaket (20), das an seinem Außenumfang verteilt mehrere Polköpfe (21,22) aufweist, und – einem im Wesentlichen zylinderförmigen Jochblechpaket (10), das sich in einem Montagezustand befindet und dabei radial über dem Sternblechpaket (20)koaxial mit diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Jochblechpaket (10) radial nach innen weisende Polzähne (12,13) aufweist, so dass jeder der Polköpfe (21,22) radial angrenzend an einem jeweiligen der Polzähne (12,13) angeordnet ist.
Blechpaketanordnung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Polköpfe (21,22) der Anzahl der Polzähne (12,13) entspricht.
Blechpaketanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polköpfe (21,22) in Umfangsrichtung des Sternblechpakets (20) nur in jedem n-ten Blech miteinander verbunden sind, wobei n eine ganze Zahl größer als 2 ist.
Blechpaketanordnung nach Anspruch 3, wobei n ausgewählt ist aus der Menge 3 bis 10.
Blechpaketanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Polzähne (12,13) des Jochblechpakets (10) in Umfangsrichtung abwechselnd schmal und breit sind.
Blechpaketanordnung nach Anspruch 5, wobei die schmalen Polzähne (12) an ihrem freien Ende schwalbenschwanzförmig sind und die korrespondierenden Polköpfe (21) jeweils einen entsprechenden, dreieckförmigen, radial nach außen weisenden Vorsprung besitzen.
Blechpaketanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die breiten Polzähne (13) jeweils einen radial nach innen gerichteten Vorsprung und die korrespondierenden Polköpfe (22) jeweils eine entsprechende Einkerbung besitzen.
Blechpaketanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Einzelblech (100) des Jochblechpakets (10) und ein in Umfangsrichtung durchgehendes Einzelblech (200) des Sternblechpakets (20) in einem gegenüber dem Montagezustand gegeneinander um die gemeinsame Drehachse verdrehten Zustand ineinander anordenbar sind, so dass sie aus einem einzigen Blech gestanzt werden können.
Blechpaketanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Sternblechpaket (20) durch Stanzpaketierhilfen (30) stabilisiert ist.
Stator mit einer Blechpaketanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und einer Wicklungsanordnung, die um die breiten Polzähne (13) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Wicklungsanordnung für eine elektrische Maschine, insbesondere für den Stator einer Synchronmaschine, durch – Bereitstellen eines im Wesentlichen zylinderförmigen Jochblechpakets (10), das radial nach innen weisende Polzähne (12, 13) aufweist, – Aufbringen von Wicklungen auf zumindest eine Teilmenge der Polzähne (13), – Bereitstellen eines im Wesentlichen zylinderförmigen Sternblechpakets (20), das an seinem Außenumfang verteilt mehrere Polköpfe (21, 22) aufweist, und – Fügen des Sternblechpakets (20) in das Jochblechpaket (10) durch koaxiales Anordnen und Ineinanderschieben beider Blechpakete, so dass jeder der Polköpfe (21,22) radial angrenzend an einen jeweiligen der Polzähne (12,13) angeordnet ist.